IT9067620A1 - Metodo e dispositivo di controllo della profondita' di lavorazione per una macchina utensile a controllo numerico - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

La presente invenzione si riferisce ad un metodo e un dispositivo di controllo della profondità di lavorazione per una macchina utensile a controllo numerico, avente almeno una testa operatrice munita di un mandrino portautensile associato a un premipezzo per bloccare il pezzo durante la lavorazione, in cui la profondità di lavorazione viene controllata in base alla posizione relativa dell'utensile di detto mandrino rispetto a detto premipezzo. In particolare l'invenzione si riferisce alle macchine per la foratura e/o la fresatura delle piastre di circuiti stampati, in cui è richiesta la lavorazione a profondità controllata.

Nella fabbricazione di piastre di circuiti stampati particolarmente sofisticati, come ad esempio i circuiti multistrato e i circuiti con substrato formato da strati rigidi intercalati con strati flessibili, nasce 1'esigenza di forare e/o fresare la piastra solo parzialmente, ossia a profondità controllata e con la massima precisione. La foratura parziale viene usata per i cosiddetti fori ciechi, che servono ad interconnettere solo alcuni punti dei circuiti che compongono un multistrato. La fresatura a profondità controllata è invece necessaria sui circuiti rigido-f1essibi1i per l'asportazione del materiale che ricopre una zona dello strato flessibile, in modo da consentire la piegatura del circuito stampato nella zona flessibile scoperta.

Per ottenere una profondità di lavorazione prefissata è stata proposta una foratrice, la cui unità di controllo comprende una memoria, in cui vengono memorizzate preventivamente le quote di avanzamento del mandrino per ciascun foro. Il mandrino viene poi controllato lungo il suo asse di spostamento secondo le quote così prefissate, ma sempre riferite alla tavola portapezzo. Questa foratrice presenta l'inconveniente di una scarsa precisione e affidabilità, giacché la superficie superiore del circuito sulla tavola portapezzo può presentare dei rilievi a irregolarità di planarità, per cui nella lavorazione possono essere intaccati strati non dovuti, oppure l'utensile può non raggiungere uno strato predeterminato.

E' anche nota una macchina per la foratura di piastre multistrato, in cui la profondità di lavorazione viene controllata in base alla posizione relativa dell'utensile sul mandrino rispetto al premipezzo, che funge pertanto da tastatore della superficie da lavorare. In particolare in essa, quando il mandrino è fermo, dapprima viene definita una posizione di riferimento tra la punta dell'utensile e il premipezzo, e successivamente viene controllata la profondità della lavorazione in funzione di tale posizione di riferimento. Tuttavia anche questa macchina è insoddisfacente, giacché durante la lavorazione il mandrino si scalda raggiungendo una temperatura dipendente dalla specifica velocità di azionamento. Questa temperatura è in ogni caso notevolmente diversa da quella che il mandrino aveva durante la definizione della posizione di riferimento.

Scopo dell'invenzione è quello di realizzare un metodo e/o un dispositivo di controllo della profondità di lavorazione in una macchina utensile del tipo suddetto, il quale sia della massima precisione e ripetitività, ed elimini gli inconvenienti sopra elencati per le macchine note.

Questo scopo viene raggiunto con il metodo secondo l'invenzione, in cui quando detto mandrino è fermo viene definita una posizione di riferimento tra detto utensile e detto premipezzo, ed il quale è caratterizzato dal -fatto che esso comprende una -fase di riscaldamento di detto mandrino a una temperatura sostanzialmente corrispendente a quella di regime durante la lavorazione, e una -fase di tastatura di un organo di riferimento mediante detto utensile quando detto mandrino si trova a detta temperatura.

Per una migliore comprensione dell'invenzione viene qui descritta una forma preferita di realizzazione, fatta a titolo esemplificativo con l'ausilio degli annessi disegni , in cui:

Fig. 1 è una vista prospettica parziale di una macchina utensile a controllo numerico per la lavorazione di circuiti stampati, incorporante un dispositivo di controllo della profondità di lavorazione seconda 1 'invenzione;

Fig. 2 è uno schema di un dettaglio di Fig. 1 in scala molto ingrandita;

Fig. 3 è una vista frontale parzialmente sezionata di una testa operatrice della macchina di Fig. 1, in scala ingrandita;

Fig. 4 è una sezione orizzontale secondo la linea IV-IV di Fig. 3;

Fig. 5 è una sezione di un dettaglio di Fig. 1, in scala molto ingrandita;

Fig. L· è un diagramma della temperatura del mandrino in alcune -fasi della misura della posizione di riferimento;

Fig. 7 è uno schema di massima a blocchi del1'apparecchiatura di controllo e dei circuiti di azionamento e di riscaldamento elettrico del mandrino di Fig. 3;

Fig. 8 è uno schema a blocchi di un circuito di pilotaggio del riscaldamento del mandrino;

Figg. 9 e 10 sono due diagrammi dei segnali elettrici del circuito di Fig. 8.

Con riferimento alle Figg. 1-3, con 10 è genericamente indicata una macchina utensile per la lavorazione meccanica di piastre 11 di circuiti stampati, ad esempio circuiti stampati multistrato. La macchina 10, ad esempio una foratrice, comprende almeno una testa operatrice 12 portata da un carro scorrevole su una traversa fissa 13, lungo 1'asse orizzontale X. La testa 12 comprende un mandrino portautensile 14, mobile in modo noto lungo 1'asse verticale Z. Il mandrino 14 è munito dell'usuale pinza autocentrante 15 azionabile in modo noto per bloccare e sbloccare un utensile 16. La testa operatrice 12 comprende inoltre un premipezzo 17 atto ad essere spostato elasticamente verso il basso per bloccare la piastra 11 durante la foratura.

La foratrice 10 comprende inoltre una tavola portapezzo 18, su cui vengono fissate le piastre 11 da forare. La tavola 18 è mobile in modo noto lungo l'asse orizzontale Y. Le guide per gli spostamenti della testa 12 lungo 1 'asse X e della tavola 18 lungo l'asse Y sono muniti di cuscinenti a sostentamento pneumostatico noti in sè. La foratrice 10 comprende inoltre un magazzino 19 formato da una zona della tavola 18 munita di una serie di sedi per alloggiare una corrispondente serie di utensili 16. Gli utensili 16 vengono selezionati mediante lo spostamento della testa 12 lungo l'asse X e della tavola 18 lungo l'asse Y. L'utensile 16 selezionato viene fissato sul mandrino 14, o riposto nel magazzino 19, mediante lo spostamento del mandrino 14 lungo 1'asse Z.

La foratrice 10 comprende infine un'apparecchiatura di controllo numerico 30 (Fig. 7), la quale può essere programmata per il controllo dei movimenti della testa 12, della tavola 18 e del mandrino 14 lungo i rispettivi assi. Essa è inoltre programmata per la selezione e il cambio degli utensili 16, e per il controllo delle altre funzioni della lavorazione.

Come è noto, una piastra 11 (Fig. 2) di circuiti stampati può essere costituita da due o più strati rigidi 20, ad esempio in vetroresina. Essa può comprendere eventualmente almeno uno strato flessibile 21, ad esempio in Mylar (marchio registrato), disposto tra due strati rigidi 20. Questi strati 20, 21 vengono stampati individualmente, su una o entrambe le 'facce, in modo da realizzare le relative piste conduttrici. Indi i vari strati 20, 21 vengono incollati fra loro e infine sulla piastra multistrato 11 vengono eseguite le operazioni meccaniche, che possono includere delle forature e/o delle fresature.

Le forature servono per i collegamenti tra i circuiti delle due facce e dei vari strati 20, 21; le fresature possono servire fra l'altro per ottenere un'apertura su uno o più strati, ad esempio per scoprire una zona dello strato flessibile 21, in modo da potere piegare la piastra multistrato 11. Le operazioni di foratura e fresatura devono quindi spesso essere effettuate fino a una predeterminata profondità K dalla superficie superiore 22 della piastra multistrato 11, per cui la profondità K deve essere definita con estrema precisione.

Poiché la superficie superiore 22 della piastra 11 può non essere uniforme e può presentare irregolarità nella planarità, la posizione dell'utensile 16, definita da una quota Z rispetto alla tavola 18, può non coincidere con la profondità K definita a partire dalla superficie 22. Pertanto l'apparecchiatura di controllo numerico 30 deve essere programmata per comandare l'avanzamento del mandrino 14 lungo 1'asse Z secondo la profondità K. Questa profondità K viene definita partendo da una posizione di riferimento, o di zero, della punta dell'utensile 16 rispetto alla superficie inferiore 23 del premipezzo 17, quando questo blocca la piastra 11 sulla tavola 18.

In particolare, il carro della testa operatrice 12 comprende una struttura di supporto 24 (Fig. 3) solidale inferiormente con un corpo cavo 26 e superiormente con una piastra forata 27. Nel corpo inferiore 26 è montato un cuscinetto pneumostati co cilindrico 28, in cui è scorrevole verticalmente, ma non girevole, un cannotto 29 di supporto del mandrino 14.

Sulla parete superiore del cannotto 29 è fissata una robusta madrevite 31, a sua volta fissata su una piastra 32 guidata vertical mente dal supporto 24, in modo da impedire la rotazione del cannotto 29. La madrevite 31 è impegnata da una vite di precisione 33, ad esempio una vite a sfere, la quale è portata da un gambo 34 girevole mediante cuscinetti di rotolamento 36 su una mensola 37 della struttura 24.

Il gambo 34 è collegato, tramite un giunto elastico 38, con l'albero 39 di un motore elettrico 41 a corrente continua. Questo è associato con un trasduttore principale di posizione 40, o encoder di tipo incrementale, il quale è atto a -fornire la posizione angolare dell'albero 39. Pertanto il trasduttore 40 fornisce con precisione la posizione assiale del cannotto 29 nell'ambito del passo della vite 33.

Il motore 41 è montato sulla piastra 27 ed è controllato dall'apparecchiatura di controllo numerico 30 (Fig. 7) e dalla retroazione del trasduttore 40 per spostare verticalmente lungo l'asse Z il gruppo costituito dalla madrevite 31 (Fig. 3), dalla piastra 32, dal cannotto 29 e dal mandrina 14. Questo spostamento è quindi riferito allo zero macchina, rappresentato dalla superficie superiore dell?, tavola 1Θ (Fig. 2).

La piastra 32 (Fig. 3) porta una coppia di cilindri pneumatici 42, in ciascuno dei quali è scorrevole un pistone 43. I due pistoni 43 sono fissati sulle estremità superiori di due colonne 44 e 45, le quali sono scorrevoli verticalmente in due sedi 46 del corpo inferiore 26. La colonna 44 (Fig. 4) è disposta a una distanza dal supporto 24 minore di quella della colonna 45.

Il premipezzo 17 (ved. anche Fig. 3) ha sostanzialmente una forma ad anello ed è munito di una boccola di bloccaggio 47 portante la superficie 23 (Fig. 2). Il premipezzo 17 porta inoltre di pezzo due appendici laterali 48 forate, le quali sono collegate tramite due ganasce con viti 49 all'estremità inferiore delle due colonne 44 e 45.

Le colonne 44 e 45, in vicinanza dei due pistoni 43, sono inoltre collegate da una staffa 50 (Fig. 4), la quale è fissata su esse mediante due ganasce a vite 51. Inviando aria compressa nella camera superiore dei cilindri 42 (Fig. 3), il gruppo formato dai pistoni 43, dalle colonne 44 e 45, dalla staffa 50 e dal premipezzo 17 si sposta elasticamente verso il basso rispetto al cannotto 29, per bloccare la piastra 11 sulla tavola 18. La staffa 50 ha la funzione di rendere ulteriormente rigido il premipezzo 17 in fase di bloccaggio della piastra 11 e di minimizzare gli effetti negativi degli sforzi radiali del premipezzo 17.

Sul supporto 24 del carro della testa operatrice 12 è inoltre fissata una piastra 52 portante un trasdutture lineare di posizione 53 di elevata precisione. Questo comprende un cursore 54 fissato sulla colonna 44, mediante una piastrina di contrasto 55. Il trasduttore 53, quando richiesto, ha lo scopo di misurare e segnalare in tempo reale al 1'apparecchi atura di controllo numerico 30 (Fig.7) la posizione del premipezzo 17 lungo l'asse Z. Infatti nelle lavorazioni a profondità controllata, 1'apparecchi atura 30 deve controllare il motore 41, tenendo sempre costante il valore di profondità K programmato rispetto alla superficie 22 <Fig. 2) della piastra 11. A tale scopo 1'apparecchiatura 30 deve partire da una posizione di riferimento dell 'utensile 16 sul mandrina 14 rispetto al premipezzo 17, misurata dal trasduttore 53 nel modo che sarà visto in segui to.

Il magazzino 19 degli utensili 16 è munito di una stazione di misura munita di un organo di tastatura genericamente indicato con 56 (Fig.i). Esso comprende un cilindretto metallico 57 (Fig. 5), il quale forma una camera cilindrica 5B ed è fissato sulla tavola 18 mediante una piastrina 59 e una serie di viti 60. La piastrina 59 è munita di un foro 61 che forma, con la superficie della camera 58, uno spailamento 62.

In un foro assiale della parete di fondo del cilindretto 57 è alloggiato un sensore di prossimità 64 noto in sè, il quale sporge per un certo tratto nella camera 58. In particolare il sensore 64 è fissato mediante un dado filettato 66 nel detto foro assiale ed è elettricamente collegato con 1'apparecchiatura di controllo 30 (Fig. 7).

Nella camera 58 (Fig. 5) del cilindretto 57 è scorrevole un pistoncino 67 avente una porzione 68 di diametro ridotto, la quale è alloggiata nel foro della piastrina 59 e forma sul pistoncino 67 uno spailamento atto ad impegnare lo spallamento 62 della piastrina 59. Il cilindretto 57 è inoltre munito di un -foro radiale 69, in cui è -fissato a tenuta un condotto d'aria 71. Questo è collegato al sistema di sostentamento pneumostatico della macchina, tramite un regolatore di pressione 72 situato in un apposito vano della macchina.

Il cilindretto 57 è in-fine munito di un secondo foro radiale calibrato 73 di sfiato, per consentire una regolazione accurata della pressione dell'aria nella camera 58, anche per valori molto bassi della pressione. Questa pressione tiene normalmente il pistoncino 67 appoggiato contro lo spallamento 62. In questa posizione la superficie inferiore del pistoncino 67 si trova una distanza di circa 2 mm dal sensore 64.

Premendo sulla superficie superiore del pistoncino 67, ad esempio con l'utensile 16 del mandrino 14, in modo da vincere la pressione dell'aria nella camera 58, il pistoncino 67 si sposta verso il basso facendo emettere al sensore 64 un corrispondente segnale elettrico. Il regolatore 72 viene predisposto in modo da tenere nella camera 58 una pressione dell'aria tale da potere essere vinta da una forza dell'ordine di 10 g applicata sul pistoncino 67, per cui il sensore 64 funziona come interruttore elettronico di elevata precisione e ad alta ripetitività.

Per la rotazione del mandrino 14 <Figg. 3 e 4), all'interno del cannotto 29 è -fissato uno statore 74 di un motore elettrico 76 del tipo asincrono a corrente alternata trifase. Il motore 76 comprende un rotore 77 solidale con il mandrino 14 e girevole su un gruppo di cuscinetti 78 per cui il gruppo 14, 76 costituisce un elettromandrino.

La statore 74 è munito dell'usuale avvolgimento elettrico induttore o statorico 79, -formato da tre fasi 1, 2, 3 (Fig. 7). A sua volta il rotore 77 CFigg. 3 e 4) è del tipo a gabbia di scoiattolo e comprende una serie di barre conduttrici 81 collegate da due anelli conduttori di estremità 82.

L'avvolgimento statorico 79 viene alimentato dalla linea attraverso un convertitore di frequenza 83 (Fig. 7) atto a far ruotare il rotore 77 a qualsiasi velocità, ad esempio compresa tra 18.000 e 120.000 giri/min. A tale scopo, il convertitore di frequenza 83 viene controllato dal1'apparecchiatura di controllo numerico 30 in base al tipo di lavorazione e all’utensile 16 usato.

Poiché l'azionamento del motore 76 (Fig. 3) produce una certa quantità di calore, è necessario raffreddare il motore 76 durante la foratura. A tale scopo all'interno del cannotto 29 è ricavata una doppia serpentina Θ4 in cui attraverso due condotti 86 viene posto in circolazione un liquido di raffreddamento.

Pertanto, a partire dall'istante dell'avviamento del motore 76, la temperatura del rotore 77 cresce finché dopo un certo tempo raggiunge una temperatura di regime, che dipende dal numero di giri del motore e da altri fattori. Viceversa, quando il motore 76 viene fermato, a partire dall'istante di diseccitazione dell 'avvolgimento 79 la temperatura del rotore 77 e del mandrino 14 decresce rapidamente.

La variazione della temperatura del rotore 77 e del mandrino 14 produce una certa variazione nella relativa dilatazione. Poiché la misura della posizione o distanza di riferimento tra la punta dell'utensile 16 <Fig. 2) e la superficie 23 della boccola 47 deve essere effettuata a mandrino 14 fermo, quando poi il mandrino 14 lavora a velocità di regime si genera un errore che si ripercuote nella profondità K.

Seconda l'invenzione per ridurre al massimo tale errore, quando il motore 76 viene diseccitato per determinare la suddetta posizione di riferimento, il mandrino 14 viene riscaldato fino ad una temperatura sostanzialmente corrispondente a quella di regime.

Quindi si determina la suddetta posizione di riferimento, quando il mandrino 14 ha raggiunto sostanzialmente tale temperatura.

A tale scopo, è previsto un termostato 87 (Fig. 1) atto a sentire la temperatura del liquido di raffreddamento della serpentina 84 (Fig. 3). Quando 1 'apparecchiatura 30 controlla un ciclo di misura della posizione di riferimento, essa pone il motore 76 in rotazione per un certo tempo, per cui la temperatura del mandrino aumenta secondo il diagramma TI di Fig. 6.

Quando questa temperatura ha raggiunto un valore Tr corri spondente a quello della temperatura di regime prevista per la lavorazione con lo specifico utensile 16, il termostato 87 emette un segnale di consenso al 1'apparecchiatura 30, la quale comanda il convertitore di frequenza 83 in modo da diseccitare l'avvolgimento 79. La temperatura del mandrino 14 dovrebbe allora diminuire progressi vamente secondo il diagramma T2 di Fig. 6. L 'apparecchitura 30 comanda allora un deviatore B8 (Fig. 7) che, attraverso un teleruttore trifase K1 normalmente chiuso, collega allora l'avvolgimento statorico 79 con un alimentatore, genericamente indicata con 89, che lo eccita con una corrente monofase a 24 V alla frequenza di 50 Hz.

Come è noto, una tale corrente monofase genera sullo statore 74 (Fig. 4) un campo magnetico risultante alternativo e non rotante. Pertanto le barre conduttrici 81 del rotore 77 si comportano come il secondario di un trasformatore, che in tal caso viene percorso da corrente e genera calore. Ciò fa aumentare la temperatura del rotore 77, e quindi del mandrino 14, secondo il diagramma T3 di Fig. 6.

La risultante dei due diagrammi T2 e T3, rappresentata in Fig. 6 dal diagramma T4, -fornisce la temperatura del mandrino 14 nel periodo immediatamente successivo all'arresto del motore 76 e nel simultaneo perioda di riscaldamento. Tale temperatura risulta sostanzialmente costante e corrispandente alla temperatura del mandrino 14 a regime. In tale condizione può essere comandata la misura della posizione di riferimento dell'utensile 16, rappresentata in Fig. 6 dal periodo P.

L'alimentatore 89 può essere costituito da un trasformatore di potenza trifase a 36 V (Fig. 8), il quale viene inoltre utilizzato per l'alimentazione di una serie di funzioni di servizio, indicate globalmente da un blocco 90, le quali servono per 1'alimentazione dei circuiti elettronici del trasformatore 89 stesso. Ciascuna fase R, S, T dell'uscita del trasformatore 89 fornisce tuttavia una corrente monofase a 24 V, utilizzabile per eccitare una coppia di fasi del 1'avvolgìmenta statorico 79 (Fig. 7) allo scopo di aumentare la temperatura del rotore 77.

In particolare, le tre fasi 1, 2, 3 dell'avvolgimento statorico 79 sono collegate con il trasformatore 89, attraverso uno stadio di potenza 103 di un gruppo di tre interruttori elettronici di potenza 91A, 91B, 91C, disposti tra il teleruttore K1 e il deviatore 88. Ciascun interruttore 91A-91C è del tipo noto col nome di "triac", il quale viene comandato dalla tensione sinusoidale 94 (Fig. 9) a frequenza di rete fornita dal trasfarmatore 89.

Il triac ha la caratteristica di potere essere innescato con qualsiasi angolo elettrico della sinusoide 94, ma viene disinnescato sempre in corrispondenza del passaggio per lo zero della sinusoide 94. Il comando di innesco dei triac 91A-91C è fornito da uno stadio di trasformatori 104, che fornisce gli impulsi di pilotaggio ad una potenza adeguata per innescarne la conduzione.

Gli interruttori elettronici 91A-91C vengono comandati in sequenza da un sequenziatore 92 attivato simultaneamente al deviatore 88, attraverso un circuito di controllo genericamente indicato con 93. Il sequenzìatore 92 ha lo scopo di controllare gli interruttori 91A-91C in modo da interrompere una alla volta le fasi R, S, T di tensione mono-fase -fornita dal tras-formatore 89, per consentire ogni volta l'alimentazione solo per una corrispendente coppia di fase 1, 2, 3 dell'avvolgimento statorico 79, per cui vengono distribuite nel tempo le relative sollecitazione termiche ed elettriche.

Il circuito di controllo 93 (Fig. B> comprende un gruppo di tre optoisolatori 96 associati alle tre fasi R, S, T del trasformatore B9. Ciascun optoisolatore 96 è atto a generare un corrispondente impulso SIR, SIS, SIT, ad ogni passaggio per lo zero dela rispettiva sinusoide 94, ossia ad ogni 10 ms. In Fig. 9 è rappresentata solo una serie SIR di tali impulsi; le altre due serie SIS e SIT sono sfalsate fra loro di 120° elettrici .

Il circuito 93 comprende inoltre per ogni fase R, S, T un blocco 97, costituito da un generatore di rampe e da un comparatore del segnale con una tensione di riferimento. Ciascun blocco 97 è atto a generare un corrispondente segnale squadrato 6R, GS, GT di gate (Fig. 9). La parte attiva del segnale di gate determina il tempo all'interno di ogni semiperiodo sia positiva che negativo, ossia l'angolo oc di conduzione del rispettivo triac 91A-91C, che viene quindi impostato dalla tensione di riferimento. Al variare di tale tensione, viene anticipato o ritardato il -fronte di salita dei segnali GR, GB, GT nell’ambito del semiperiado. Pertanto l'uso dei triac 91A-91C (Fig. 7) consente anche di regolare l'entità del riscaldamento, giacché è possibile variare l'angolo a d'innesco tra 0° e 180°, ottenendo così una tensione in uscita di valore e-fficace regolabile, e quindi un effetto riscaldante regolabile.

A tale scopo è previsto un generatore 9B atto a generare una tensione interna di riferimento RIFI, impostata tramite una resistenza per il riscaldamento ad una temperatura fissa. Al ternativamente la tensione di riferimento può essere impostata in funzione della temperatura prevista per il rotore 77 nel funzionamento a regime, o più semplicemente in funzione del numero di giri programmato per la lavorazione. In tal caso viene utilizzato un riferimento esterno RIFE programmato ad esempio dal1 'apparecchi atura 30. La scelta dell'utilizzazione dell 'una o dell'altra possibilità viene effettuata spostando un ponticello di taratura, rappresentato in Fig. 7 da un commutatore 99.

Il sequenziatore 92 viene pilotato da uno dei tre optoisolatori 96 (Fig. 8), ad esempio quello della fase T, che funge da clock a 10 ms. Il sequenziatore 92 è atto a dividere tale clock per 256, ottenendo così un segnale ad impulsi S (Fig. 10), di periodo 2560 ms C212,5 s) . Questo segnale serve come clock per un contatore a modulo 3 compreso nel sequenz iatore 92 stesso- Questo contatore, unitamente ad una logica combinatoria, genera tre segnali di sequenza A, B, C, ciascuno di durata circa 5 e (2x2560 ms). I segnali A, B, C sono sovrapposti nel tempo di circa 2,5 s, come indicato in Fig. 10.

Il circuito 93 (Fig. B) comprende inoltre tre porte AND 101A, 101B, 101C, le quali sono atte a ricevere rispettivamente i segnali di gate GR, GS, GT (ved. anche Fig. 10), i segnali di sequenza A, B, C e una serie di segnali di innesco IMF, -forniti da un generatore 102 di impulsi a 5 kHz. I segnali di uscita delle porte 101A-101C sono atti a comandare l'attivazione dello stadio di potenza 103 dei rispettivi triac 91A-91C, attraverso lo stadio pilota 104 che -fornisce gli impulsi di pilotaggio.

Pertanto il segnale di uscita dalla porta 101A è costituito da un treno di impulsi GR della durata di 5 s, e i segnale di uscita delle porte 101B e 101C sono simili e sfalsati di 2,5 s, come indicato in Fig. 10. In tal modo il sequenziatore 92 genera una serie di periodi o intervalli, in ciascuno delle quali viene abilitato il triac 91A-91C corrispondente. Le sequenze sono sfasate fra loro di 1/3 di tale periodo, in modo tale da operare un tempo di inattività e due tempi di sovrapposi z ione, ciascuno con una delle altre due -fasi. Negli istanti di commutazione di ciascun triac 91A-91C potrebbe crearsi una situazione istantanea in cui i tre triac 91A-91C siano simultaneamente abilitati, dovuta al fatto che un triac innescata non si spegne immediatamente, ma solo al prossimo passaggio per lo zero della corrente che lo percorre. In tali istanti le tre fasi dell'avvolgimento 79 possono essere simultaneamente attive.

Per evitare che il rotore 77 possa subire degli inneschi di rotazione o colpi di coppia, viene creato un breve intervallo IN di tempo morto tra la disattivazione di una fase e 1'attivazione della fase successiva. A questo scopo il clock S del sequenziatore 92 serve inoltre come trigger di un circuito monostabile 105, il quale genera allora un impulso BLK (blank) di durata prefissata di almeno un semiperiodo, ad esempio alcune decine di ms. L'impulso BLK, attraverso una porta AND 106 genera i segnali IBL che, applicati ad un terzo ingresso delle porte 101A-101C, effettuano un mascheramento del segnale ΙΙΊΡ del generatore 102.

Ovviamente gli impulsi BLK (Fig. 10, essendo generati dallo stesso clock usato per le sequenze A, B, C sono in fase con i fronti di commutazione di tali sequenze, permettendo così l'inserimento di zone inattive IN, o di blanking, che sostanzialmente ritardano l'attivazione della fase successiva rispetto alla disattivazione della -fase precedente. La zona di blanking IN campare agni volta anche sulla fase che non viene commutata. Ciò non provoca tuttavia alcun inconveniete, giacché la corrente circolante in quell'istante è comunque nulla, in quanto il circuito è comunque aperto a causa dello stesso ritardo per lo scambio delle altre due fasi.

La corrente di volta in volta circolante all'uscita dello stadio di potenza 103 dei triac 91A-91C viene sentita da un'unità 107 di supervisione delle anomalie. Questa è atta ad effettuare i seguenti controlli:

- sovraccarico, ossia valore della corrente monofase circolante superiore ad un valore stabilito con una soglia;

- uno o più triac 91A-91C in corto, che porrebbe le tre fasi contemporaneamente in tensione facendo ruotare il rotore 77;

- uno o più triac 91A-91C aperti, o mancanza di una o più fasi, giacché salvo le zone di blanking deve sempre esserci tensione su due fasi dell'avvolgimento statorico 79.

Nel caso di presenza di una delle suddette anomalie, 1'unità 107 genera un segnale di inibizione per teleruttore trifase Kl, che interrompe l'alimentazione di potenza del trasformatore B9, e contemporaneamente invia un segnale di errore ERR al1'apparecchiatura 30. Il funzionamento del dispositivo di controllo della profondità di lavorazione descritto è il seguente.

Dopo avere inserito un utensile 16 nel mandrino 14 (Fig, 1), si pone in rotazione il motore 76 del mandrina 14, per portarne la temperatura a regime. Contemporaneamente si sposta la tavola 18 e il mandrino 14 per portare quest'ultimo sulla stazione di misura e si fa abbassare il premipezzo 17 rispetto al cannotto 29. Quando il termostato 87 segnala che il liquido della serpentina 84 (Fig. 4) ha raggiunto la temperatura prefissata, 1'apparecchiatura 30 (ved. anche Fig. 7) controlla il convertitore di frequenza 83 in modo da diseccitare l'avvolgimento 79. Quando il motore 76 si arresta, 1'apparecchiatura 30 aziona il deviatore 88, collegando cosi l'avvolgimento 79 con il trasformatore 89. Il sequenziatore 92, tramite il circuito di controllo 93, eccita allora in sequenza le coppie delle fasi dell'avvolgimento 79, come indicata nella riga inferiore di Fig. 10, per cui il rotore 77 viene scaldato compensando il raffreddamento conseguente alla fermata.

Dopo un tempo prefissato, sufficiente a stabilizzare la temperatura del rotore 77 a un valore molto prossimo a quella di regime, 1'apparecchiatura 30 fa azionare il motore 41 in modo da fare abbassare il cannotto 29 (Fig,3> assieme al mandrino 14 e al premipezzo 17.

In particolare, dapprima il cannotto 29 effettua una corsa rapida di avvicinamento, fino a una quota di sicurezza, alla sua massima velocità sotto il controllo del trasduttore principale di posizione 40. Da tale quota di sicurezza, il cannotto 29 inizia una corsa lenta di avvicinamento ad una velocità ridotta a pochi millimetri al minuto, affinchè l'impatto della punta dell'utensile 16 sul pistoncino 67 (Fig. 5) della stazione di misura non danneggi l'utensile 16.

Durante tale avvicinamento lento, 1'apparecchiatura 30 (Fig. 7) prende in considerazione anche il trasduttore lineare 53. Finché il premipezzo 17 scende assieme al mandrino 14, il trasduttore 53 si evolve esattamente come il trasduttore principale 40, per cui le due misure danno una differenza nulla. Appena il premipezzo 17 incontra la superficie superiore della piastrina 59 (Fig. 5) della stazione di misura, essa si arresta creando una differenza tra le indicazioni dei due trasduttori 40 e 53, che cresce con la discesa del mandrino lungo 1'asse Z.

In un successivo istante, l'estremità dell'utensile 16 impegna il pistoncino 67, che viene abbassato eccitando il sensore di prossimità 64. Il segnale emesso da quest'ultimo condiziona allora 1 'apparecchiatura 30 a fermare il motore 41 ed a memorizzare la differenza di quota accumulata dai trasduttori 40 e 53. L'operazione di saggiamento del pistoncino 67, che si effettua nel periodo P di Fig. 6, consente così al1 'apparecchiatura 30 di misurare la posizione relativa dell'utensile 16 rispetto al premipezzo 17, che costituisce la distanza o quota di riferimento per il controllo di profondità. Successivamente 1'apparecchi atura 30, tramite il motore 41 riporta il mandrino 14 e il premipezzo 17 nella posizione alta di riposo, dopo di chè può iniziare la lavorazione vera e propria. Nel controllo di tale lavorazione, 1'apparecchiatura 30 applicherà la quota di riferimento prima definita ad ogni corsa di foratura del mandrino 14, o durante la strisciamento del premipezzo 17 in fresatura, sommandola alla quota di profondità K definita nel programma di lavoro.

Ovviamente l'operazione di misura della posizione di riferimento può essere ripetuta periodicamente, ad esempio dopo avere inserito nel mandrino un dato utensile 16, o all'inizio della lavorazione di ciascuna piastra 11, o dopo la foratura di un predeterminato numero di fori.

Da quanto visto sopra risulta evidente che il metodo di controllo della profondità di lavorazione seguito dalla macchina comprende una -Fase di riscaldamento del mandrino 14 a una temperatura corrispondente a quella di regime durante la lavorazione, e una -Fase di tastatore di un organo di riferimento 56 mediante l'utensile 16, quando il mandrino 14 è a detta temperatura.

Inoltre risultano evidenti i vantaggi del dispositivo di controllo dell'invenzione rispetto ai dispositivi noti. Infatti il riscaldamento del rotore 77 consente di compensare qualsiasi errore dovuto alla dilatazione termica del mandrino 14 nella determinazione della profondità di lavorazione K. Inoltre l'uso di un sensore di prossimità 64, azionato da un pistoncino pneumostatico 67, consente di aumentarne la sensibilità e la ripetitività.

Infine la robusta staffa 50 della struttura di spostamento del premipezzo 17 consente di eliminare qualsiasi effetto dovuto a sforzi laterali. Pertanto la macchina può anche essere equipaggiata con un mandrino per un utensile di fresatura e un premipezzo adatto a tale utensile, compensando in maniera identica ed efficace 1 'effetto della temperatura sulla posizione relativa di rifer imento.

Si intende che al dispositivo descritto possono essere apportate varie modifiche e perfezionamenti senza uscire dall'ambito delle rivendicazioni. Ad esempio, esso può essere utilizzato in qualsiasi macchina utensile a controllo numerico in cui si voglia correggere 1'errore dovuto alle dilatazioni termiche. In particolare può essere utilizzato in una foratrice attrezzata per la foratura di un pacco di piastre di circuiti stampati, predisposte tra una piastra superiore di ingresso dell'utensile e una piastra inferiore di supporto.

Inoltre il riscaldamento del mandrino 14 può essere ottenuta con mezzi diversi da quelli descritti, anche senza coinvolgere 1'avvolgimento statorico del motore. A sua volta il circuito di controllo 93 del sequenziatore 92 può essere sostituito da un diverso circuito di generazione di segnali. Infine il trasformatore 89 può essere sostituito da un alimentatore monofase, il quale può eventualmente essere collegato tra due fasi prefissate del mandrino, accettando di perdere il beneficio introdotto dal sequenziatore 92 e dal regolatore dell'angolo d'innesco.

Claims (22)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Metodo di controllo della profondità di lavorazione per una macchina utensile a controllo numerico, avente almeno una testa operatrice <12> munita di un mandrino portautensile (14) associato a un premipezzo (17) atta a bloccare il pezzo (11) durante la lavorazione, in cui la profondità di lavorazione (K) viene controllata in base alla posizione relativa dell'utensile (16) di detto mandrino (14) rispetto a detto premipezzo (17) durante la lavorazione, e in cui quando detto mandrino (14) è -fermo viene definita una posizione di riferimento tra detto utensile (16) e detto premipezzo (17), caratter izzato dal fatta che esso comprende una fase di riscaldamento di detto mandrino (14) a una temperatura corrispondente a quella di regime durante la lavorazione, e una fase di tastatura di un organo di riferimento (56) mediante detto utensile (16) quando detto mandrino (14) è a detta temperatura.
2. 2. Metodo secando la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di riscaldamento comprende un preriscaldamento dinamico selettivo, ottenuto ponendo in rotazione detto mandrino (14) alla velocità di lavorazione prevista, e un riscaldamento elettrico di almeno parte (77) di detto mandrino (14).
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui detto mandrino (14) comprende un motore elettrico (76) asincrono e polifase, caratterizzato dal fatto che detto riscaldamento elettrico si effettua eccitando in sequenza le fasi dell'avvolgimento elettrico (79) dello statore (74) di detto motore elettrico (76) con una corrente monofase.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detta fase di tastatura si effettua saggiando mediante detto utensile (16) un sensore di prossimità (64), e portando detto premipezzo (17) in posizione di bloccaggio contro un arresto di riferimento (59) associato a detto sensore di prossimità (64).
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, caratter izzato dal fatto che detto sensore di prossimità (64) viene attivato con una pressione prefissata di detto utensile (16) su un elemento (67) a sostentamento pneumostatico associato a detto sensore di prossimità (64).
6. 6. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti , in cui detta macchina utensile è atta alla lavorazione di piastre (11) di circuiti stampati multistrato, caratter izzato dal fatto che detta fase di riscaldameto e detta fase di tastatura vengono ripetute almeno ad ogni cambio di detto utensile (16) su detto mandrino (14) per la lavorazione a profondità controllata di piastre (11) di circuiti stampati.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto mandrino (14) è di un tipo atto a portare un utensile di foratura o un utensile di fresatura di piastre (11) di circuiti stampati.
8. 8. Dispositivo di controllo della profondità di lavorazione per una macchina utensile a controllo numerico, avente almeno una testa operatrice (12) munita di un mandrino portautensile (14) associato a un premipezzo (17) atto a bloccare il pezzo (11) durante la lavorazione, in cui la profondità di lavorazione (K) viene controllata in base alla posizione relativa dell'utensile (16) di detto mandrino (14) rispetto a detto premipezzo (17) durante la lavorazione, e in cui quando detto mandrino (14) è fermo viene definita una posizione di riferimento tra detto utensile (16) e detto premipezzo (17), caratterizzato dal fatto che esso comprende dei mezzi di riscaldamento (89, 92, 93) di detto mandrino (14) a una temperatura corrispondente a quella di regime durante la lavorazione, e mezzi di tastatura (30, 41, 42) atti a controllare la tastatura di un organo di riferimento (56) mediante detto utensile (16) quando detto mandrino (14) è a detta temperatura.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui detto mandrino (14) è fissato sul rotore (77) di un motore elettrico (76) asincrono di azionamento, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di riscaldamento <89, 91, 92, 93) comprendono un alimentatore di corrente elettrica (89), e mezzi (91, 92, 93) per collegare temporaneamente l'avvolgimento elettrico (79) dello statore (74) di detto motore elettrico (76) con detto alimentatore (89).
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, in cui detto motore elettrico (76) è del tipo poli-fase, caratteri zzato dal fatto che detto alimentatore (89) è atto a fornire una corrente monofase, detti mezzi per col legare (91, 92, 93) comprendendo un sequenziatore (92) atto a collegare ciclicamente almeno una fase di detto avvolgimento (79) con detto alimentatore (89).
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detti mezzi per collegare (91, 92, 93) comprendono una pluralità di interruttori elettronici di potenza (91) disposti tra gli estremi delle fasi (1-3) di detto avvolgimento (79) e detto alimentatore (89), detto sequenziatore (92) essendo atto ad azionare ciclicamente in sequenza una coppia alla volta di detti interruttori (91) per eccitare una corrispondente coppia di fasi (1-3) di detto avvolgimento (79).
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 11, per un motore trifase (76), caratterizzato dal fatto che detto sequenziatore (92) aziona ciascuno dei detti interruttori (91) per una durata sostanzialmente pari al doppio di quella di eccitazione di una coppia di fasi di detto avvolgimento (79), l'azionamento degli interruttori <91> di ciascuna coppia essendo reciprocamente stasato di detta durata.
13. 13. Dispositivo secando la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che sono previsti dei mezzi (105) per introdurre un tempo di attesa tra la disattivazione di uno degli interruttori (91) di detta coppia e 1 'attivazione del successivo interruttore (91).
14. 14. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 11 a 13, caratterizzato dal fatto che detti interruttori (91) sono di un tipo atto a consentire una variazione dell'angolo elettrico (a) di innesco, mezzi (99, 101) essendo previsti per variare detto angolo (oc) in funzione di una tensione di riferimento.
15. 15. Dispositivo secando una delle rivendicazioni da 9 a 14, in cui detto statore (74) viene raffreddato mediante un condotto (84, 86) in cui circola un liquido di raffreddamento, caratterizzato dal fatto che esso comprende un termostato (87) atto a misurare la temperatura di uscita di detto liquido da detto condotto (84, 86), detti mezzi di tastatura (30, 41, 42) essendo attivati in risposta alla temperatura misurata da detto termostato (87).
16. 16. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 8 a 15, in cui detto premipezzo (17) è atto ad essere portata elasticamente in una posizione di bloccaggio di un pezzo (11), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di tastatura (30, 41, 42) comprendono dei mezzi di spostamento (41) per portare detto mandrino (14) a saggiare detto organo di riferimento (56) mediante detto utensile (16), e mezzi (42) per portare detto premipezzo (17) in una posizione di bloccaggio, un arresto di riferimento (59) essendo previsto per arrestare detto premipezzo (17) in detta posizione di bloccaggio per detto saggiamente.
17. 17. Dispositivo secondo la rivendicazione 16, in cui detto mandrino è associato ad un trasdutture di posizione (40) normalmente attivo, caratteri zzato dal fatto che detto premipezzo (17) è associato ad un secondo trasduttore di posizione (53) atto ad essere reso attivo durante detto saggiamento per misurare detta posizione di riferimento come differenza delle indicazioni di posizione di detti due trasduttori (40, 53).
18. 18. Dispositivo secondo la rivendicazione 16 o 17, caratterizzato dal fatto che detto organo di riferimento (56) comprende un sensore di prossimità (64) e un elemento (67) separato da detto sensore di prossimità (64) da un cuscino d'aria a pressione prefissata, detto sensore di prossimità (64) essendo attivato da detto elemento (67) quando questo viene impegnato da detto utensile (16) con almeno detta pressione prefissata.
19. 19. Dispositivo secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che detto elemento è costituito da un pistoncino (67) scorrevole in un cilindro pneumatica (57) collegato a un sistema di sostentamento pneumatico della macchina, mezzi (72) essendo previsti per regolare la pressione di detto cuscino d'aria.
20. 20. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 8 a 19, in cui detta macchina utensile è atta alla lavorazione di piastre (11) di circuiti stampati multistrato, caratterizzato dal fatto che esso comprende dei mezzi logici (30) atti a controllare periodicamente detti mezzi di riscaldamento (89, 91, 92, 93) e detti mezzi di tastatura (30, 41, 42) almeno in seguito al cambio su detto mandrino (14) di un utensile (16) per la lavorazione a profondità controllata di piastre (11) di circuiti stampati.
21. 21. Dispositivo secondo la rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto che detto mandrino (14) è di un tipo atto a portare un utensile di foratura o un utensile di fresatura di piastre (11) di circuiti stampati, detto premipezzo (17) essendo collegato con un supporto (29) di detto mandrino (14) mediante due colonne (44, 45) e una staffa di rinforzo (50), una di dette colonne (44) essendo collegata a un cursore (54) di detto secondo trasduttore di posizione (53) per definire La posizione relativa assiale di detto utensile (16) rispetto a detto premipezzo (17).
22. 22. Metodo e dispositivo di controllo della profondità di lavorazione per una macchina utensile a controllo numerico, avente almeno una testa operatrice per lavorazione di piastre di circuiti stampati multistrato, sostanzialmente come descritti con riferimento agli annessi disegni.